多體素質子MRS對腦腫瘤放射性腦損傷及復發診斷的臨床應用

劉云霞,張孟超,程凱亮,王 薇,來 穎*

(1.吉林大學中日聯誼醫院放射線科,吉林長春130033;2.吉林大學第一醫院放射線科)

氫質子磁共振頻譜(proton magnetic,resonance spectroscopy,1H-MRs)是一種無創傷性研究人體正常或病理組織代謝、生化改變及化合物定量分析的方法,特異性較強。在神經生物學上多用于腦腫瘤的代謝、生化及診斷,可以觀察多種代謝物質的濃度,主要包括N-乙酞天門冬氨酸(NAA)、膽堿(Cho)、肌酸(Cr)、乳酸(Lac)、脂質(Lip)、肌醇(Ml)以及谷氨酸和谷氨酞氨(Glu/Gln,Glx)等。本文通過22例星形細胞瘤和腦轉移瘤經普通放射治療后出現放射性損傷或腫瘤復發患者,采用1.5T超導MRI多體素1HMRS對病變組織各種代謝物進行分析,回顧性的研究腫瘤復發和放射性腦損傷的1H-MRS的表現,為臨床提供準確的信息及鑒別診斷。

1 材料和方法

1.1 研究對象 2006年2月至2007年11月在我院手術并放射治療或單純放射治療的22例星形細胞瘤和腦轉移瘤患者,其中,男性14例,女性8例,年齡20-66歲,平均年齡42.9歲。病理類型:星形細胞腫瘤16例,均為神經外科手術后病例,其中間變性星形細胞瘤(WHOⅢ級)6例,彌漫性星形細胞瘤(WHoll級)10例;腦轉移瘤6例,原發癌灶分別位于肺4例,卵巢1例,腎1例。各病人治療后均行常規MRI隨訪,且均發現在原治療病灶照射范圍或高劑量照射帶內出現新的異常平掃及強化病灶。

1.2 診斷標準 以再次手術病理或長期MRI隨訪為診斷標準,本研究13例為腫瘤復發,9例為放射性腦損傷。其中14例再次手術,經病理證實10例為腫瘤復發,4例為放射性腦損傷;8例經長期MRI隨訪,隨訪時間最短6個月最長13個月,5例為放射性腦損傷,3例為腫瘤復發。

1.3 常規MRI及MRS掃描技術參數 采用GE Signal cv/I 1.5T超導型MR掃描儀、鳥籠型頭部線圈行頭常規MRI序列掃描,獲得T1和T2加權成像,并作常規軸位、失狀位、冠狀位掃描。增強掃描造影劑采用馬根維顯,經肘靜脈高壓注射器注射,劑量2 mm/kg,流量3 ml/s,同樣做T1加權像軸位、失狀位及冠狀位掃描。1H-MRS選擇應用多體素點解析波譜(point-resolved spectroscop,PRESS)。在頭顱MR平掃的基礎上,以病灶最大層面軸位T2WI圖像作為波譜定位像選定感興趣區ROI,ROI包括靶病灶、病灶周圍水腫帶、對側正常腦組織,并盡量避開皮下脂肪、顱骨和其它對波譜有影響的區。所有患者在定位后均要行預掃描,勻場、發射/接受增益調節、水抑制掃描。采用化學位移選擇飽和法RF脈沖抑制水信號,水抑制＞95%,自動勻場達到半高全寬＜10 ppm。將上述掃描所采集的原始數據傳輸到獨立的工作站,并且應用該系統所帶的特定軟件GE Functionaltool2000處理,從而自動完成抑制殘存的水的信號、同時進行Fourier轉換、基線糾正和相位調整,從而得出Cho、Cr、NAA 的波峰值,并計算Cho/Cr、Cho/NAA 、NAA/Cr的比值。

1.4 統計學分析 采用SPSS13.0軟件包,計量數據用均數±標準差表示,組間比較采用t檢驗,P＜0.05視為有統計學差異。

2 結果

2.1 腦腫瘤復發的MRI和MRS表現 腦腫瘤復發表現為T1WI上低信號,T2WI上呈稍高或高信號,病灶內信號不均勻,邊緣不清楚;增強掃描,病灶可見不同程度強化。本實驗3例周圍可見程度不同的水腫帶。MRS:Cho明顯上升,NAA明顯下降,7例cr下降,6例未出現下降,1例出現Lac峰,6例出現Lip峰,余未見Lac-Lip峰。Cho/cr上升,Cho/NAA明顯上升,NAA/cr明顯下降。

2.2 放射性腦損傷MRI和MRS表現 放射性腦損傷區的平掃MRI表現與腦腫瘤復發病灶相似,但邊緣往往較清楚,水腫較重,增強后可見強化,但結節狀增強少見,本實驗 4例出現較大水腫。MRS:NAA 、Cho、Cr均下降 ,Cho/Cr、Cho/NAA 上升 ,NAA/Cr下降。4例出現Lac峰,3例出現Lipdip峰。

2.3 統計學結果 腦腫瘤復發和放射性腦損傷各化學物的比值較正常腦組織有統計學差異(P＜0.05),Cho/Cr、Cho/NAA在腦腫瘤復發和放射性腦損傷之間有統計學差異(P＜0.05),腦腫瘤復發與放射性腦損傷間NAA/Cr之間無統計學差異(P＞0.05)。

表1 放射性腦損傷區,腦腫瘤復發區,對側正常腦組織區MRS各化學物質比值

表2 放射性腦損傷,腦腫瘤復發Lac-Lipid峰的顯現

3 討論

隨著神經系統腫瘤綜合治療的發展,放射治療已成為腦部腫瘤治療中的重要手段。但隨著放射治療的應用帶來了正常腦組織的放射性損傷,而且放射性損傷和腦腫瘤復發在常規CT及MRI表現是十分相似,因為兩者均可表現為逐漸增大的局部病灶、病灶周圍水腫及占位效應,發病時間兩者無明顯差別[1]。這就給臨床對放射治療的效果及并發癥的評估帶來極大的困難,大大降低了病例隨訪的可能性。隨著PET技術的發展,可以通過葡萄糖利用率或蛋氨酸吸收率等鑒別腫瘤復發及放射性腦損傷,但PET造價昂貴,目前在臨床工作中無法廣泛推廣和應用[2]。MRS作為一種腦功能成像技術,是利用MRI設備獲得人體組織化學成分并表現其代謝特點的簡單、經濟的方法。MRS在神經生物學上可以隨訪觀察多種化學物質的濃度。NAA是神經元及軸突完整的標志物,NAA濃度的下降代表了神經元的缺失或正常神經元功能的下降[3]。Cho反應細胞膜的轉運功能,神經細胞膜、髓鞘和神經脂類崩解以及膠質細胞增生、神經細胞膜修復等因素會導致Cho濃度的升高[4],Cho波峰升高反映細胞膜分裂增生旺盛[5]。本研究中腫瘤復發區腦組織與正常腦組織相比,Cho明顯上升、NAA明顯下降,這主要是由于大量神經元被腫瘤組織破壞,腫瘤細胞無限制異常增生,細胞膜增生、轉運旺盛所致。但有些研究發現,高度惡性膠質瘤中,Cho出現下降,這可能與惡性腫瘤由于高代謝而營養不足造成比較大范圍的壞死有關[6]。轉移瘤是由于其組織學來源屬于非神經外胚層的腦腫瘤,所以理論上檢測不出NAA[7],但在本研究中我們發現在部分轉移瘤復發灶中出現了低濃度的NAA,我們分析可能是由于腫瘤浸潤性生長,與周圍組織分界不清楚,造成的一種假象。在放射性腦損傷時,本研究發現的結果是NAA顯著下降,Cho下降,這是由于放射性治療造成的神經細胞的大量壞死,神經元功能障礙,細胞膜更新、代謝水平下降所致。我們還發現NAA的下降較其他化學物質的變化出現較早,這與有些研究所表明的放射性損傷急性期NAA濃度及峰值下降程度是放射治療敏感與否的參數之一、NAA下降的程度與損傷程度和劑量相關[8]的結果是一致的;部分學者跟蹤性的研究了放射性腦壞死灶的NAA變化,發現NAA含量的進行性下降提示腦損傷的程度越加嚴重[9],我們也發現放射性腦損傷病人放療時間較長、臨床癥狀較重的病灶NAA下降的程度較大;局灶性壞死灶內Cho/Cr明顯減低。分析整個研究的過程,我們認為Cho濃度的變化是腫瘤復發和放射性腦損傷鑒別的關鍵,臨床觀察中也是應該首要關注的問題。Lac即乳酸,是細胞無氧酵解過程中的必然產物。它的出現代表了氧化磷酸化的破壞和無氧酵解的發生峰的出現代表一類脂質波,往往是中性脂肪。本研究腫瘤復發組中7例出現了Lac-Lipdip峰,并且以Lipid為主,通常認為Lipdip的在腫瘤復發組中的出現是腫瘤本身存在的中性脂肪或者是位于侵潤生長的腫瘤邊緣的巨噬細胞吞噬腦脂質分解代謝產生的游離脂肪,再者也可能是巨噬細胞吞噬腫瘤細胞而分解產生的[12]。Lac的出現我們認為是腫瘤細胞的過度、過速增值,腫瘤復發早期供養動脈未建立成熟、正常血管網破壞較重、腫瘤細胞供氧不足造成代謝過程中出現了無氧酵解,從而我們推斷Lac也可能出現在惡性度較高的腫瘤復發灶中。Lac在放射性壞死灶中出現,我們認為一是細胞膜的破壞導致氧自由轉運障礙,二是由于對各級血管網的破壞,造成腦組織細胞供血減少。放射性壞死灶中Lipdip峰的出現,Yoshion[13]等認為可能是放射線損傷引起細胞膜中的磷脂分解成中性脂肪所致,Rosi等[14]發現,細胞增殖活性降低時,可出現較高Lip峰。綜上所述,我們認為Lac-Lipdip峰的出現不能作為腫瘤復發和放射性腦損傷鑒別診斷的參考標準,Lac峰的存在只能反映組織的乏氧狀態,并不能反映病灶的性質,但是能夠對放射性損傷的嚴重程度、腫瘤復發的惡性度做出一個前瞻性的預測。

總之,多體素質子MRS對腦腫瘤治療后的腫瘤復發及放射性腦損傷的鑒別具有重要的臨床價值,它避免了PET的昂貴費用,提供了方便較廉價的評價手段。同樣它的準確率及特意性決定了我們能夠將多體素質子MRS作為鑒別腦腫瘤復發及放射性腦損傷的一種前瞻性鑒別方法。再者我們還可以根據MRS中的各種化學物含量的變化,分析、推斷放射性腦損害的程度。

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